3 autres techniques de scan 3D

Autres méthodes de numérisation 3D

Numériser en 3D un bâtiment ou un site existant peut être réalisé à l'aide de plusieurs techniques.

Nous avons détaillé le fonctionnement des deux principales méthodes de capture de la réalité dans ces précédents articles :

  1. Les scanners laser 3D et de la technologie LiDAR,
  2. La photogrammétrie
La photogrammétrie

La photogrammétrie

Les scanners 3D (LiDAR)

Scanner 3D et LiDAR

Sachez qu'il existe d'autres méthodes de numérisation 3D. En voici quelques unes :

Le radar

Si le terme radar est bien connu des automobilistes pour sa capacité à vider automatiquement et à distance leurs portefeuilles, c’est plutôt pour sa capacité à numériser que nous allons considérer cette technologie.

Le mot “radar” est un néologisme issu de l'acronyme anglais RAdio Detection And Ranging, que l'on peut traduire par « détection et estimation de la distance par ondes radio », « détection et télémétrie radio », ou plus simplement « radiorepérage ». Cet acronyme d'origine américaine a remplacé le sigle anglais précédemment utilisé : RDF (Radio Direction Finding, que l'on peut traduire par « radiocompas »).

Le radar utilise des ondes électromagnétiques qui se propagent dans tous les milieux, y compris le vide. La vitesse de propagation dans l'atmosphère est proche de la vitesse de la lumière dans le vide, mais varie selon plusieurs facteurs.

La densité du milieu de propagation, la température et la pression, influent sur la célérité de la diffusion. La fréquence des radars est choisie entre 30 kHz et 230 GHz. Les ondes électromagnétiques étant transversales à la direction de propagation, elles peuvent être polarisées, c’est-à-dire orientées dans un axe de vibration particulier.

Principe de fonctionnement d'un radar pour la numérisation du sous-sol

D'autres articles comme celui-ci ?

Tout comme l’emploi de plusieurs spectres lumineux améliore l’interprétation des données recueillies par un LiDAR en variant les informations reçues en échos, une polarisation différente d’un signal radar donne des propriétés de réflexion variables dont l’interprétation améliore la transcription du signal retour.

Contrairement au LiDAR qui envoie un signal proche du spectre visible, le radar intervient à des fréquences beaucoup basses (longueurs d’onde plus grande).

Applications courantes pour chaque fréquence

Applications courantes pour chaque fréquence

De manière schématique, à énergie égale, plus une onde a une fréquence élevée, plus sa pénétration dans un milieu est complexe.

Le radar intervenant sur une longueur d’onde bien plus faible que le LiDAR permet ainsi une meilleure pénétration dans les milieux de propagation du signal.

Cette qualité explique par exemple pourquoi le radar est utilisé en aéronautique pour détecter la position des avions plutôt que le LiDAR.

En dehors de la télédétection de réseaux, l’utilisation du radar dans le domaine de la numérisation 3D de bâtiments entiers n’est pas pertinente à l’heure actuelle. Certaines expérimentations sont tout de même en cours dans le cadre de la numérisation des failles internes aux matériaux, sans toutefois que nous puissions assimiler cela à de la numérisation 3D appliquée à la construction.

Le sonar

Parmi les techniques de numérisation 3D moins employées mais bel et bien existantes et pouvant trouver des applications dans le monde de la construction ou des infrastructures, nous pouvons citer le sonar. Le Larousse définit le sonar comme “un appareil de détection sous-marine, utilisant les ondes sonores et permettant le repérage, la localisation et l'identification des objets immergés”.

Illustration d'un sonar - source : https://data.ifremer.fr/

Illustration d'un sonar - source : ifremer.fr

La Première Guerre mondiale est le berceau du sonar. Inventée en France à des fins militaires, cette technologie a été perfectionnée ensuite en Grande-Bretagne sous le nom d'«ASDIC» (pour Allied Submarine Detection Investigation Committee). Son usage s'est généralisé dans les marines militaires de  l'entre-deux-guerres et pendant la seconde guerre mondiale.

Le sonar fonctionne selon le même principe que le radar mais utilise les ultrasons.

L'émission du signal ultrasonore est effectuée par des vibreurs de types variés constitués notamment par des quartz piézo-électriques. La réception des échos relève des techniques microphoniques classiques. En ce sens, le sonar ressemble en tout point au principe du LiDAR : l’envoi d’un signal puis l’analyse de l’écho reçu en retour.

Dans un sonar, ce sont des ondes sonores, du domaine des ultrasons inaudibles, qui sont transmises. Ces ultrasons ne se propagent pas dans le vide, et chaque milieu traversé possède  une vitesse spécifique de propagation. L’interprétation des données n'est donc possible que si le milieu de propagation est sensiblement homogène. Ceci étant le cas sous l'eau, le sonar est la plupart du temps utilisé pour des applications maritimes.

En matière de repérage directionnel, le sonar est moins performant que le radar, car des échos et des bruits parasites peuvent être produits par des irrégularités du fond marin, ou par des variations de la densité et de la température de l'eau.

De la même manière que le radar, le sonar n’est pas, à l’heure actuelle, une technologie pertinente de numérisation 3D appliquée au monde de la construction du bâtiment, mais trouve tout son sens au cœur de certains ouvrages de génie-civil et d’aménagement du territoire au travers de la bathymétrie.

La bathymétrie

La bathymétrie désigne une activité et non une technique particulière. Elle désigne la science de la mesure des fonds marins (océans, lacs, fleuves, ...) afin d'en déterminer la topographie.

En tant qu’activité, la bathymétrie n’est pas liée à une technologie en particulier. En l’état actuel des pratiques, la bathymétrie repose tout de même le plus souvent sur le SONAR.

La terminologie employée par les professionnels de ce secteur emploie fréquemment la notion “d’échosondeurs”, nom donné à l’appareil reposant sur la technologie SONAR, de la même manière qu’un “scanner laser 3D” repose sur le LiDAR.

On distingue deux type d’échosondeurs.

  1. Le premier type est l’échosondeur monofaisceau, décliné en une version monofréquence qui permet de lire une seule profondeur pour un point donné, ou en version bi-fréquence qui donne deux profondeurs (le dépôt sédimentaire et le fond du plan d’eau).
  2. Le second type est l’échosondeur multi-faisceau. Le principe de fonctionnement des sondeurs multifaisceaux est basé sur des techniques acoustiques qui permettent, non plus de sonder uniquement à la verticale du navire comme le font les sondeurs monofaisceau, mais de mesurer les ondes sur toute une fauchée perpendiculaire à l’axe du bateau. La technique généralement utilisée est dite des "faisceaux croisés".
Un drone de bathymétrie - source : escadrone.com

Un drone de bathymétrie - source : escadrone.com

Les applications de la bathymétrie sont nombreuses sur des projets de génie civil de type construction ou rénovation de piles de ponts, de centrales hydro-électriques ou de retenues d’eau.

Dans le contexte d’une numérisation complète des rives d’un cours d’eau couplées à celles de son lit, la combinaison de la bathymétrie et de la numérisation par scanner laser 3D sera souvent nécessaire.

Le LiDAR et la photogrammétrie sont plus pertinents

Le monde de la télédétection regorge de possibilités grâce à l'infinité des fréquences d'onde existantes. Dans le cadre de la numérisation 3D appliquée à la construction, les scanners laser 3D et la photogrammétrie demeurent toutefois les solutions les plus pertinentes pour réaliser des relevés 3D sous forme de nuages de points ou meshs.

Clément VALENTE

Expert en construction numérique

2 Commentaires
  • Posted at 22 h 01 min,23 février 2019

    J’ai lu vos articles et, j’en reviens à ma propre conclusion qui me taraude depuis de nombreuses années…
    Peu importe la méthode, le moyen d’acquisition, l’échelle, le traitement, le résultat.

    Tous çà, moi je connais vous le démontrer aussi par vos articles (très clairs, et bien fait d’ailleurs).

    J’ai commencé avec une station Leica et, un scanner Minolta, pour maintenant terminer avec un bras Romer, un Faro, et la technologie ContexCapture.

    Pour l’implantation de points dieu merci il reste la station totale mais je crains que cet outil va se poser près de la chaine d’arpenteur dans le rayon article de antiquité.

    Le résultat est le même : un nuage de points…. Rien qu’un nuage de points (ici des milliards certes).

    Mais, cela n’aide personne, sauf le dessinateur qui va se perdre dans les méandres d’intersections pour le meilleurs plans, les meilleurs cylindres et tout ceci en basculant d’une fenêtre à l’autre en espérant resté concentré dans un contexte 3D et, de garder la même précision, le même rendement.

    Impossible : passez de l’infiniment grand à l’infiniment petit : la solution très primaire j’en conviens, les algorithmes mais surement pas l’homme
    Tout ça pour vous dire que l’acquisition c’est fait,établit, concret, mais je crois maintenant qu’il reste un grand pas pour l’homme c’est la modélisation filaire 3D de manière exhaustive…

    ENJOY

    😊 Gérald Tilmant – Modeleur 3D – Géomètre – UNESCO +32 495 57 60 26

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